Влияние на активность микроорганизмов системного гомеостатического регулятора — ассоциатов пероксидных анион-радикалов

Введение. Работа посвящена изучению влияния пероксидных анион-радикалов в субмикромольных концентрациях и структурной организации фазы ассоциированной воды в питьевых водах, подвергаемых активации физическими методами, на жизнеспособность ряда микроорганизмов, аналогичных биоте желудочно-кишечного тракта человека.

Материалы и методы. Исследования осуществляли с использованием стандартных методик микробиологического анализа питьевых вод на микроорганизмах штаммов Escherichia coli 1257, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella enteritidis 5765, Enterococcus faecalis АТСС 29212, Klebsiela pneumoniae subsp. pneumoniae АТСС 700603, Citrobacter freundii 101/57. Оценку изменений физических параметров вод до и после их обработки с применением исследуемых технологий проводили по электрофизическим и физико-химическим показателям (водородный показатель, окислительно-восстановительный потенциал, содержание пероксидного анион-радикала); структурно-энергетическим показателям (по доле фазы ассоциированной воды и плотности её распределения по энергетическим уровням).

Результаты. Полученные данные свидетельствуют о том, что наиболее сильное стабилизирующее влияние на жизнеспособность микроорганизмов, реализующих АТФ-фазный энергетический метаболизм, оказывают ассоциаты пероксидных анион-радикалов, управляющие метаболическими процессами и обеспечивающие внесубстратный канал поддержания энергетической функции микроорганизмов. Предполагаем, что каталитически активные воды обладают системным регуляторным действием, обеспечивая поддержание гомеостаза микроорганизмов. Подобное регулирование возможно и в кишечной микробиоте организма для поддержания или подавления активности конкурирующих микроорганизмов при употреблении человеком биокаталитически активных (в диапазоне концентраций пероксидных анион-радикалов в питьевых водах от 0,1 до 40 мкг/л) питьевых вод. Можно предположить, что это позволит решить ряд вопросов, связанных с этиологией и патофизиологией ряда гастроэнтерологических заболеваний, обусловленных изменением электрофизического состояния внутренней среды желудочно-кишечного тракта, промотирующего появление и развитие конкурирующей, адаптированной к среде с низкой электрон-донорной способностью бактериальной микробиоты.

Ограничения исследования. Полученные в результате эксперимента данные по биоте, аналогичной кишечной микробиоте человека, представляют научный интерес, и для продолжения работ в этом направлении необходимы исследования с участием теплокровных животных.

Заключение. Физически обработанные воды влияют на прирост или угнетение колоний кишечной биоты, что возможно связать с управляющей ролью пероксидных анион-радикалов во внутриклеточных метаболических процессах микроорганизмов.

Участие авторов:

Иксанова Т.И. — концепция и дизайн исследования, сбор и обработка материала;

Стехин А.А., Яковлева Г.В. — написание текста;

Каменецкая Д.Б., Загайнова А.В. — концепция и дизайн исследования;

Михайлова Р.И. — редактирование.

Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование. Статья подготовлена в рамках Государственного задания № АААА-А18-118020590087-5 Федерального медико-биологического агентства.

Поступила: 02.02.2022 / Принята: 12.04.2022 / Опубликована: 30.04.2022

1. Курмангулов А.А., Дороднева Е.Ф., Исакова Д.Н. Функциональная активность микробиоты кишечника при метаболическом синдроме. Ожирение и метаболизм. 2016; 13(1): 16-9. https://doi.org/10.14341/omet2016116-19

2. Lyte M. Microbial endocrinology in the microbiome-gut-brain axis: how bacterial production and utilization of neurochemicals influence behavior. PLoS Pathog. 2013; 9(11): e1003726. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1003726

3. Stekhin A.A., Yakovleva G.V., Iksanova T.I., Pronko K.N., Zemskov V.M. Evoluation of the effect of structural-physical changes in water on biological activity. Clin. Pract. 2018; 15(5): 861-71. https://doi.org/10.4172/clinical-practice.1000419

4. Рахманин Ю.А., Стехин А.А., Яковлева Г.В. Биофизика воды: Квантовая нелокальность в технологиях водоподготовки; регуляторная роль ассоциированной воды в клеточном метаболизме; нормирование биоэнергетической активности питьевой воды. М.: ЛЕНАНД; 2016.

5. Кулагин М.В., Яковлева Г.В., Стехин А.А., Гукaсов В.М., Шовкопляс Ю.А. Параметризация фазы ассоциированной воды с использованием высокоэффективной жидкостной хроматографии. Медицина и высокие технологии. 2018; (4): 33-43.

6. МУК 4.2.1018-01. Санитарно-микробиологический анализ питьевой воды (с Изменением № 1). М.; 2001.

7. МУ 2.1.4.1184-03. Методические указания по внедрению и применению санитарно-эпидемиологических правил и нормативов СанПиН 2.1.4.1116-02 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости. Контроль качества» (с Изменением № 1). М.; 2003.

8. Trindade I.B., Invernici M., Cantini F., Louro R.O., Piccioli M. 1H, 13C and 15N assignment of the paramagnetic high potential iron-sulfur protein (HiPIP) PioC from Rhodopseudomonas palustris TIE-1. Biomol. NMR Assign. 2020; 14(2): 211-5. https://doi.org/10.1007/s12104-020-09947-6

9. Read A.D., Bentley R.E., Archer S.L., Dunham-Snary K.J. Mitochondrial iron-sulfur clusters: Structure, function, and an emerging role in vascular biology. Redox Biol. 2021; 47: 102164. https://doi.org/10.1016/j.redox.2021.102164

10. Brzoza P., Godlewska U., Borek A., Morytko A., Zegar A., Kwiecinska P., et al. Redox active antimicrobial peptides in controlling growth of microorganisms at body barriers. Antioxidants (Basel). 2021; 10(3): 446. https://doi.org/10.3390/antiox10030446

11. Hopkins E.G.D., Frankel G. Overview of the effect of Citrobacter rodentium infection on host metabolism and the microbiota. In: Schüller S., Bielaszewska M., eds. Shiga Toxin-Producing E. coli. Methods in Molecular Biology. New York: Humana; 2021: 2291. https://doi.org/10.1007/978-1-0716-1339-9_20

12. Amulya K., Mohana S.V. Augmenting succinic acid production by bioelectrochemical synthesis: Influence of applied potential and CO2 availability. Chem. Eng. J. 2021; 411: 128377. https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.128377

13. Ткач С.М., Пучков К.С., Сизенко А.К., Кузенко Ю.Г. Кишечная микробиота и функциональные заболевания кишечника. Современная гастроэнтерология. 2014; (1): 118-29

14. Ohman L., Simren M. Pathogenesis of IBS: role of inflammation, immunity and neuroimmune interactions. Nat. Rev. Gastroenterol. Hepatol. 2010; 7(3): 163-73. https://doi.org/10.1038/nrgastro.2010.4

15. Parkes G.C., Brostoff J., Whelan K., Sanderson J.D. Gastrointestinal microbiota in irritable bowel syndrome: their role in its pathogenesis and treatment. Am. J. Gastroenterol. 2008; 103(6): 1557-67. https://doi.org/10.1111/j.1572-0241.2008.01869.x

16. Tomasova L., Grman M., Ondrias K., Ufnal M. The impact of gut microbiota metabolites on cellular bioenergetics and cardiometabolic health. Nutr. Metab. (Lond). 2021; 18(1): 72. https://doi.org/10.1186/s12986-021-00598-5